JPWO2002078032A1

JPWO2002078032A1 - Circuit breaker

Info

Publication number: JPWO2002078032A1
Application number: JP2002575975A
Authority: JP
Inventors: 俊行菅野; 藤本　隆光; 隆光藤本; 孝夫三橋; 月間　満; 満月間; 伏見　征浩; 征浩伏見; 幸本　茂樹; 茂樹幸本; 好夫麻生
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2001-03-27
Filing date: 2001-03-27
Publication date: 2004-07-15
Also published as: EP1313121A1; WO2002078032A1; TW563151B; CN1255837C; CN1426592A

Abstract

導体に固定接点が固着された固定接触子と、前記固定接点と接離する可動接点が固着された可動接触子と、この可動接触子を回動させる開閉機構部と、前記固定接点と可動接点とが接離する時に発生するアークを消弧する消弧装置と、これらを収納する筐体とを備えた回路遮断器において、前記消弧装置には、前記固定接触子の全面を覆うように消弧部材が設けられ、かつ前記消弧部材が、非ハロゲン難燃性樹脂を主成分とする消弧用絶縁材料成形体を含む回路遮断器。本発明によれば、優れた難燃性を確保するとともに、過負荷遮断や短絡遮断など遮断性能の優れた回路遮断器が小型化でもって提供される。A fixed contact in which a fixed contact is fixed to a conductor; a movable contact in which a movable contact that comes into contact with and separates from the fixed contact is fixed; an opening and closing mechanism for rotating the movable contact; the fixed contact and the movable contact In a circuit breaker having an arc extinguishing device that extinguishes an arc generated when the object comes and goes, and a housing that houses the arc extinguishing device, the arc extinguishing device covers the entire surface of the fixed contact. A circuit breaker provided with an arc-extinguishing member, wherein the arc-extinguishing member includes an arc-extinguishing insulating material molded body mainly containing a non-halogen flame-retardant resin. ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while ensuring excellent flame retardancy, the circuit breaker which was excellent in interruption | blocking performance, such as overload interruption | blocking and short circuit interruption | blocking, is provided by miniaturization.

Description

技術分野
本発明は、回路遮断器に関するものである。
背景技術
図１および図２は、回路遮断器の断面図であり、図１は回路遮断器のオン状態、図２は回路遮断器のオフ状態を示す。また、図３は回路遮断器の消弧装置の消弧部材の拡大図を示す側面図（ａ）および平面図（ｂ）である。図において、１は銅などの導体からなる可動接触子、２は可動接触子１の一端に固着された可動接点、３は可動接点２と接離する固定接点、４は固定接点３が固着された銅などの胴体からなる固定接触子、５は固定接触子４の他端部に構成された電源側の端子部であり、外部電源から配線が接続される。６は消弧装置であり、互いに空隙を介して積層配列され、可動接点２と固定接点３の間に発生したアークを冷却、消弧する磁性体の金属からなる複数の消弧板（グリッド）６ａと、グリッド６ａを両側で保持する消弧側板６ｂと、図３に示した消弧部材６ｃで構成されて、消弧部材６ｃおよび消弧側板６ｂは絶縁材料からなる。消弧部材６ｃは可動接点２および固定接点３の間に設けられており、固定接点３を露出した状態でアークに曝される固定接触子４の全面を覆うように設けられている。７は可動接触子１を回動し、開閉駆動する開閉機構部、８はこの開閉機構部７を手動で操作するためのハンドル、９は引き外し装置、１０は負荷側の端子部である。１１はカバー、１２はベースで、前記部品を収納・固定し、筐体１６の一部を構成している。１３は端子部５を筐体１６内と隔離するエンドプレートであり、アークによるホットガスを排出する排気口１３ａを有し、ベース１２に設けられたガイド溝１２ａに挿入装着されている。１４はアークを端子部５の方向へ走行させるアークランナである。
次の前記の回路遮断器の動作について説明する。
図１において、ハンドル８を操作すると、開閉機構部７が動作して可動接触子１が回動し、可動接点２と固定接点３とが接触開離する。端子部５を電源に、端子部１０を負荷に接続し、接点を接触させることにより電力が電源から負荷に供給される。この状態で、通電の信頼性を確保するために可動接点２は固定接点３に規定の接触圧力で押さえつけられている。ここで、負荷側に過電流が流れると、過電流を引き外し装置９で検出し、開閉機構部７が動作して図２に示すように両接点２，３の間にアーク１５が発生する。
一方、短絡事故などが起こり回路に大きな過電流が流れると、両接点２，３間の接触面における電磁反発力が強くなり、前記可動接点２に加わっている接触圧に打ち勝つために、可動接触子１は引き外し装置９および開閉機構部７の動作を待たずに回動し、接点２，３の開離が起こる。アーク電圧は、固定接点３から可動接点２までの開離距離が増大するに従って上昇し、また、同時にアーク１５が消弧装置６の方向へ磁気力によって引き付けられ伸張するために、さらに上昇する。このようにして、アーク電流は電流零点を迎えアーク１５を消弧し、遮断が完了する。
すなわち、消弧装置６の消弧板６ａはアーク１５の熱を吸収し、冷却するとともにアーク１５を屈曲させ可動接点２と固定接点３の接点間距離を引き離すように作用する。また、消弧部材６ｃは可動接点２から固定接触子４へのアークの起点移動（アークタッチ）を防ぐとともに高温のアーク１５に曝されることによって熱分解ガスを発生し、この熱分解ガスはアーク１５を冷却・吹消す消弧ガスとして作用している。
近年、配電盤サイズの縮小化にともない回路遮断器自体コンパクト化される傾向にあり、また、回路遮断器に使用されるプラスチック材料に対して要求される難燃性のレベルが向上する傾向にある。
具体的には、製品拡販のグローバル化により、欧州のＩＥＣ６０９４７規格や米国のＵＬ７４６規格に適合する製品が要望されている。両規格の中では、国内ではＵＬ−ＨＢの比較的低い難燃要求の消弧部材等の通電部を保持する材料の難燃性に関して、ＩＥＣ６０９４７規格はグローワイヤーイグニッション（ＧＷＩ）９６０℃以上でかつホットワイヤーイグニッション（ＨＷＩ）がＵＬ９４−Ｖ０でＨＷＩ指数４またはＵＬ９４−Ｖ２でＨＷＩ指数２以上を規定し、一方、ＵＬ７４６規格はＵＬ９４でＶ０以上とそれぞれの規格で最上級レベルの難燃性が要求されている。
この対応策として、難燃性樹脂の消弧部材への適用が考えられ、その代表格として少量の充填量で効果を発揮する臭素などハロゲン化合物を充填したハロゲン難燃樹脂あげられる。
しかし、ハロゲン難燃樹脂はアークに曝されて発生する熱分解ガス中に金属に活性な成分を含有するためか、金属腐食が著しく電極接点不良の原因となり繰返し遮断後の通電が不能となる。特にハロゲン化合物系ではアークの高温（７０００〜２００００℃）によりプラズマ化された分解ガスにハロゲンイオンが存在されるためか消弧性が劣り遮断性能が悪化し遮断が不能となったり、あるいは、遮断を確実にするには電極間の距離を大きくすることが必要となり開閉遮断器の小型化が困難となるなどの問題があった。
なお、非ハロゲン難燃樹脂は近年開発が盛んに行われており、リン化合物系、珪素樹脂系あるいは水酸化アルミニウムなど無機系難燃剤を充填した難燃性樹脂や、ポリフェニレンサルファイドなど樹脂自体で難燃性を有する芳香族系樹脂が知られている。
リン化合物系難燃剤は一般に使用し難い上に、特に赤燐を用いた系ではハロゲン系よりも金属腐食が著しく、電極接点不良による繰返し遮断後に通電不能となる。
また、珪素樹脂系難燃剤や無機系難燃剤を充填した難燃樹脂は、熱分解ガスのプラズマ場で生成される金属酸化物や酸化ケイ素などの絶縁性セラミックスが電極接点上へ蒸着・堆積することにより電極表面を汚染する接点不良を誘引し、繰返し遮断後の通電が不能となる。さらに、無機系難燃剤は難燃性を発揮させるために高充填化が必須であるが、耐熱性の高融熱可塑性樹脂への混練には汎用無機難燃剤（水酸化アルミニウムや水酸化マグネシウム）の熱分解温度が低くすぎて高充填化が難しく難燃性が満足できなかったり、あるいは、低融点熱可塑性樹脂への高充填化を達成し難燃性を満足しても、消弧部材の機械強度は低下する。
一方、ポリフェニレンサルファイドなど樹脂自体で難燃性を発揮する芳香族樹脂は、ポリマー分子中の炭素含有率が高いため、遮断性能を悪化する傾向があり、遮断性能を確保するためにはアークと固定接触子の距離の拡大が必要で回路遮断器の小型化の障害となるなどの問題があった。
本発明は、前記のような問題点を解消するためになされたもので、難燃化による電極接点の腐食や汚染による導通不良、あるいは機械強度低下や絶縁悪化を抑制することにより難燃性と遮断性能の優れた、小型化の可能な回路遮断器を提供することを目的とする。
発明の開示
本発明は、導体に固定接点が固着された固定接触子と、前記固定接点と接離する可動接点が固着された可動接触子と、この可動接触子を回動させる開閉機構部と、前記固定接点と可動接点とが接離する時に発生するアークを消弧する消弧装置と、これらを収納する筐体とを備えた回路遮断器において、前記消弧装置には、前記固定接触子の全面を覆うように消弧部材が設けられ、かつ前記消弧部材が、非ハロゲン難燃性樹脂を主成分とする消弧用絶縁材料成形体を含むことを特徴とする回路遮断器を提供するものである。
また本発明は、消弧用絶縁材料成形体に、難燃剤としてトリアジン系有機化合物が含まれていることを特徴とする前記の回路遮断器を提供するものである。
また本発明は、消弧用絶縁材料成形体のマトリックス樹脂が、ポリアミドであることを特徴とする前記の回路遮断器を提供するものである。
消弧用絶縁材料成形体のマトリックス樹脂であるポリアミドが、非芳香族系ポリアミドであることを特徴とする前記の回路遮断器を提供するものである。
非ハロゲン難燃性樹脂が、前記非ハロゲン難燃性樹脂に対して１０重量％以下の有機繊維、および前記非ハロゲン難燃性樹脂に対して１５重量％以下のセラミックウイスカーからなる群から選択された１種以上の充填材を含有していることを特徴とする前記の回路遮断器を提供するものである。
また本発明は、消弧部材が、アークに曝される被アーク層と、前記被アーク層を支持するバックアップ層との積層体からなり、前記被アーク層が、非ハロゲン難燃性樹脂を主成分とする消弧用絶縁材料成形体からなり、かつ前記バックアップ層が、ガラス繊維、無機鉱物およびセラミック繊維からなる群から選択された１種以上を含有する難燃性樹脂からなることを特徴とする前記の回路遮断器を提供するものである。
また本発明は、バックアップ層の一部が、被アーク層を複数箇所貫通していることを特徴とする前記の回路遮断器を提供するものである。
発明の実施の形態
以下、本発明の回路遮断器についてさらに説明する。
本発明の回路遮断器は、既に説明した図１ないし図３の主用部品の構成において接点２，３間に発生するアークに曝される消弧装置６の最もアークに近接した消弧部材６ｃの部分に非ハロゲン難燃性樹脂を主成分とする消弧用絶縁材料成形体を用いることを特徴としている。
消弧用絶縁材料成形体は、難燃剤としてトリアジン系有機化合物が含まれていることが好ましい。
このようなトリアジン系有機化合物としては、例えば特開昭５３−３１７５９号公報に記載される化合物が挙げられ、とくにアークに曝されて発生する熱分解ガス中に金属腐食や金属酸化物を含まないものが好ましく、具体的には例えばメラミン、アンメリド、アンメリン、ホルモグアナミン、グアニルメラミン、シアノメラミン、アリーグアナミン、メラム、メレム、メロンなどメラミン誘導体、メラミン化合物あるいはメラミン縮合物を含むメラミン類；トリメチルシアヌレート、トリエチルシアヌレート、トリ（ｎ−プロピル）シアヌレート、メチルシアヌレート、ジエチルシナヌレートなどシアヌル酸化合物類、トリメチルイソシアヌレート、トリエチルイソシアヌレート、トリ（ｎ−プロピル）イソシアヌレート、メチルイソシアヌレート、ジエチルイソシナヌレートなどイソシアヌル酸化合物類が挙げられる。
これらのトリアジン系有機化合物は、下記で説明するマトリックス樹脂に対し５〜２０重量％、好ましくは１０〜１５重量％含まれるのが好ましい。
また、消弧用絶縁材料成形体のマトリックス樹脂は、例えば特開平７−３０２５３５号公報などに記載されるポリオレフィン、ポリオレフィン共重合体、ポリアセタール、ポリアセタール共重合体、ポリアミド、ポリアミド共重合体等が挙げられ、アークに曝されて発生する熱分解ガス中に金属腐食や電極接点汚染あるいは遊離炭素など導通不良や消弧性を悪化する組成の含有量が少ないものが好ましく、さらに好ましくは、機械特性やトリアジン系有機化合物との相溶性の優れたナイロン１２、ナイロン１１、ナイロン６１０、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン４６、ナイロン６Ｔ、ナイロン９Ｔなどのポリアミドがよく、さらには炭素含有量の少ないナイロン６，ナイロン６６，ナイロン４６など非芳香族ポリアミドがアーク被曝による消弧用絶縁材料成形体の表面炭化層の形成が少なく好ましい。
また、非ハロゲン難燃性樹脂が、前記非ハロゲン難燃性樹脂に対して１０重量％以下の有機繊維、および前記非ハロゲン難燃性樹脂に対して１５重量％以下のセラミックウイスカーからなる群から選択された１種以上の充填材を含有しているのが好ましい。
本発明で用いる有機繊維としては、例えば超高分子ポリエチレン繊維、ナイロン繊維、ポリアリレート繊維、アラミド繊維、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維、フェノール繊維など燃焼時に焼失するものであって、好ましくはマトリックス樹脂との混練性、成形温度以上の融点、分解温度、機械的特性を考慮すると、アラミド繊維、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維などがよい。
本発明で用いるセラミックウイスカーとしては、アルミナ、酸化亜鉛、水酸化マグネシューム、窒化珪素、炭化珪素、チタン酸カリウム、ホウ酸アルミニウムなど金属酸化物類や水酸化物類、窒化物類、炭化物類あるいは硼酸化合物類など直径数μｍ以下の針状結晶のウイスカーが挙げられるが、好ましくは成形物の絶縁抵抗を損なわず、アークによりイオン化され難く、また、入手性の観点より水酸化マグネシュームウイスカーやホウ酸アルミニウムがよい。
なお、一般にトリアジン系有機化合物を含む難燃性樹脂は、無機系化合物やガラス繊維など充填剤の添加により、トリアジン有機化合物の燃焼時に難燃性付与効果を発揮するチャー形成層をガラスなどの燃焼残査が破壊する、すなわち、成形体表面に残留する燃焼残査のローソク効果により難燃性が悪化することが知られているが、本発明では燃焼とともに焼失あるいは欠落し成形体表面の燃焼残査が少ない、有機繊維やセラミックウイスカーを用いた。
本発明で用いる消弧用絶縁材料成形体は、難燃剤入り樹脂ペレットあるいは、難燃剤粉体とニート樹脂ペレットを同時に押出機のホッパーに導入し、その後、有機繊維またはセラミックウイスカーを樹脂の溶融帯域中へ押出し機のサイドフィーダより所定量を添加し、ペレット状の非ハロゲン難燃性樹脂を作製し、これを公知の射出成形法により成形して得ることができる。
また本発明において、消弧部材は、アークに曝される被アーク層と、この被アーク層を支持するバックアップ層との積層体から構成されていてもよい。
例えば図４に示されるような消弧用絶縁材料成形体６ａを消弧部材に用いる場合、例えば図５ａに示すように、被アーク層６ａ−１が非ハロゲン難燃性樹脂を主成分とする消弧用絶縁材料成形体からなり、バックアップ層６ａ−２が、ガラス繊維、無機鉱物およびセラミック繊維からなる群から選択された１種以上を含有する難燃性樹脂からなることができる。また、図５ｂに示すようにバックアップ層樹脂６ａ−２の一部が、被アーク層６ａ−１を複数箇所、例えば櫛状に貫通しているようにし、被アーク層６ａ−１とバックアップ層６ａ−２との接合力を強固にするのが好ましい態様である。
バックアップ層６ａ−２に含まれる難燃性樹脂を補強する充填剤は汎用のガラス繊維、無機鉱物および／またはセラミック繊維であって、成形物の絶縁抵抗を損なわない限り特に限定するものでない。充填剤の配合量は、下記で説明するマトリックス樹脂に対し５〜５０重量％、好ましくは１５〜３０重量％がよい。また必要に応じてハロゲン系難燃剤も適量用いることができる。また、バックアップ層６ａ−２はアークに対し被アーク層６ａ−１の裏側あるいはエネルギーの大きいアーク芯より離して配設するため、回りこんでくる比較的弱いアーク風に曝されるだけなのでアークによる熱分解や炭化層の形成も比較的少ない。このため、難燃剤はグローワイヤ９６０℃、ＵＬ９４でＶ０以上の難燃性を発揮するものであれば、バックアップ層の機械強度を損なわない限り特に限定するものではない。
次に、バックアップ層６ａ−２に用いるマトリックス樹脂としてはポリオレフィン、ポリアセタール、ポリアミド、芳香族ポリアミド、芳香族ポリエステル、芳香族ポリエーテル、芳香族ポリスルホンなどや、それらの共重合体の熱可塑性樹脂、あるいは、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、アリル樹脂など熱硬化性樹脂が挙げられるが、好ましくは成形性の観点より熱可塑性樹脂が望ましく、さらに好ましくは耐熱性、耐衝撃性に優れかつ被アーク層６ａ−１の樹脂との相溶性の良い芳香族ポリアミドが望ましい。
図５に示されるような態様において、被アーク層６ａ−１とバックアップ層６ａ−２からなる消弧用絶縁材料成形体の作製は、公知の射出成形による二色成形により一体化成形することができる。なお、この製造法に限定されるものではなく被アーク層６ａ−１とバックアップ層６ａ−２それぞれを成形した後に両者を接着剤などで貼り合わせてもよい。
実施例
以下、本発明を実施例にて具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、以下の実施例中％とは、特に断らない限り重量％を示す。
実施例１
実施例１の非ハロゲン難燃性樹脂はマトリックス樹脂ナイロン６６に、マトリックス樹脂に対して難燃剤としてシアノメラミンを１０％充填したものである。具体的には、東洋紡製：Ｔ−６６２樹脂ペレットにＤＳＭ製：ｍｅｌａｐｕｒＭＣの所定量を予めドライブレンドしたのち二軸押出機にて混練し作製した。難燃性は射出成形した厚さ１．６ｍｍの平板をそれぞれの試験片形状に切出して評価した。また、遮断性能は実機模擬試験用として図４の形状で肉厚１．６ｍｍとした消弧用絶縁材料成形体を射出成形法により作製し評価た。
難燃性試験はＵＬ９４、ＵＬ７４６：ＨＷＩ（熱線着火性試験）、ＩＥＣ７０７：ＧＷＩ（グローワイヤー試験）それぞれの規定に基づき、それぞれの専用試験機、ＵＬ９４燃焼性試験機（スガ試験機（株）製）、ＨＷＩ着火性試験機（スガ試験機（株）製）、ＧＷＩ燃焼性試験機（スガ試験機（株）製）を用いて評価した。
遮断性能試験は実機を模擬した回路遮断器を試作し下記に示す過負荷試験および短絡試験を行った。
過負荷試験：前記構成の消弧装置を含む回路遮断器にオン状態で定格電流の６倍の電流（たとえば１００Ａ用回路遮断器の場合６００Ａ）を通電し、可動接点２と固定接点３とを接点開離距離Ｌ（可動接点２と固定接点３との距離）２５ｍｍで開離させ、アーク電流の遮断を規定回数（１２回）成功させることをもって合格とする試験である。
短絡試験：オン状態において、電圧２３０〜６９０Ｖで５０ＫＡの過剰電流を流して可動接触子を開離させ、アーク電流を発生し、このアーク電流の遮断を規定回数（３回）の成功と破損（具体的には筐体の欠損）がないことをもって合格とする試験である。
試験条件としては、１００〜２５０ＡＦクラスの回路遮断器を想定し、過負荷試験１は３相７２０Ｖ／６００Ａ、過負荷試験２は３相７２０Ｖ／１０５０Ａ、過負荷試験３は３相７２０Ｖ／１５００Ａで評価した。また、短絡試験１は３相５００Ｖ／３０ＫＡ、短絡試験２は５００Ｖ／５０ＫＡ、短絡試験３は４４０Ｖ／６５ＫＡで評価した。
この樹脂組成と難燃性および遮断性能評価結果を結果と表１に示す。過負荷試験は成功遮断回数を短絡試験は成功遮断回数と破損の有無を示した。
この結果、難燃性はＵＬ９４がＶ０、ＨＷＩ指数が４、ＧＷＩ９６０℃と、いずれも合格である。また、遮断性能は過負荷試験１、２、３ともに規定遮断回数の１２回をクリアーし、短絡試験１，２も規定遮断回数の３回をクリアーするものの、短絡試験３では成功遮断回数が２回で、しかも筐体の一部に亀裂が発生した。この短絡試験３ではアークエネルギーが大きく、アーク風圧により欠落した消弧部材一部がアーク場に巻き込まれることにより熱分解ガスの発生量が増大し筐体を破壊すると共に、３回目の短絡試験では、消弧部材が２回目の短絡遮断で欠損し、アーク電流を吹消すだけの熱分解ガスを発生することができないため遮断不能となったものと考えられ、この実施例１の樹脂組成で遮断条件の厳しい高定格な回路遮断器に適用するためには、すなわち、短絡試験３をクリアーするためには、アークの芯となる固定接点と可動接点の法線と、消弧部材の被アーク面とのギャップ距離を拡大（消弧装置の大型化）するか、あるいは、アーク風圧によって欠損しないよう消弧部材の補強が必要と考えられる。
実施例２〜５
実施例２〜５はマトリックス樹脂のナイロン種類を変えたもので、強化材や難燃剤を含まないニート樹脂を用いた。マトリックス樹脂の種類の他は全て実施例１と同様にして樹脂ペレット、試験片などを作製し、難燃性や遮断性能を評価した。試験結果を表１に示す。
ここでマトリックス樹脂は、実施例２がナイロン６（東洋紡製：Ｔ−８０３）、実施例３がナイロン４６（ＤＪＥＰ製：スタニールＴＳ−３００）、実施例４でナイロン６Ｔ（東洋紡製：ＴＹ−５０２ＮＺ）、実施例５でナイロン９Ｔ（クラレ製）をそれぞれ用いた。
この結果、実施例２，３はいずれも強化材の充填してないニート樹脂のため実施例１と同様にアーク風により細隙部材の一部が欠損するためか、短絡試験３で成功遮断回数が２回となるものの、他の短絡試験および過負荷試験ともに良好である。また、実施例４，５は樹脂中の成分に芳香族が含まれるため繰返し遮断による細隙部材表面の炭化のためか、過負荷試験３の成功遮断回数が１１回と僅かに及ばないが、他の過負荷試験や短絡試験ともに良好である。
実施例６〜９
実施例６、７は強化材としてチョップストランドのアラミド繊維（帝人製：テクノーラ）をマトリックス樹脂に対してそれぞれ５％、１０％充填したもので、実施例８，９はホウ酸アルミウイスカー（四国化成製：アルボレックス）をそれぞれ１０％、１５％充填したものである。これらの樹脂ペレットは実施例１の非ハロゲン難燃樹脂をマトリックス樹脂として、それぞれ強化材の所定量を２軸押出し機のサイドフィーダーより添加、混練し作製した他は、実施例１とまったく同一の条件で評価した。試験結果を表１に示す。
この結果、いずれの実施例も難燃試験および遮断性能試験をクリアーした。これは、強化材として添加した１０％以下のアラミド繊維や１５％以下のホウ酸アルミウイスカーは難燃性の悪化に影響を及ぼすことなく、かつ消弧部材の耐衝撃性が向上されたものと考えられる。
比較例１〜２
比較例１、比較例２は難燃剤として、ハロゲン系の臭化ポリスチレン（Ｂｒ−ＰＳ）を用いたもので、比較例１はマトリックス樹脂ナイロン６６（東洋紡製：Ｔ−６６２）に、臭素化ポリスチレン（東ソー製／フレームカット２１０Ｒ）を２５％および難燃助剤として三酸化アンチモン（Ｓｂ_２Ｏ_３）１０％を充填したもので、比較例２は比較例１にガラス繊維を３０％充填したものである。
これらハロゲン系の臭化ポリスチレンの難燃効果は良好で、ガラス繊維を充填した比較例２でもＵＬ９４およびＧＷＩも合格で、また両比較例ともにＨＷＩはシアノメラミンの指数４〜３に比べ指数２と極めて良い。しかし、遮断性能は比較例１で過負荷試験、短絡試験ともに度の試験条件でもクリアーできるものがないほど悪く、また比較例２では短絡遮断性能は短絡試験３が、過負荷遮断性能は全ての試験条件で要求成功遮断回数の半数回以下で導通不能となる。これは、過負荷試験ではアークに曝されて発生するガスに臭素が含まれるため接点金属を腐食し導通不能を引き起こし、また、短絡試験では消弧ガス中に臭素イオンが存在するため消弧時間が長くなり、消弧装置のグリッドを消耗させるなどの現象により遮断性能を悪化させたものと想定される。

実施例１０〜１４
実施例１０〜１４は、図５の態様の消弧部材を試験した例である。実施例１０〜１３は図５ａに示すように、被アーク層６ａ−１として実施例１のシアノメラミンを添加したナイロン６６を、バックアップ層６ａ−２は表２に示すような無機化合物やガラス繊維で強化されたハロゲン難燃性樹脂を積層成形した単純二層構造の成形体である。ここで、まず０．８ｍｍ厚さの被アーク層を射出成形し、ついでバックアップ層を全体の肉厚が１．６ｍｍになるように射出成形する二色成形法で消弧部材を作製した。また、実施例１４は図５ｂに示すようにバックアップ層樹脂６ａ−２の一部が被アーク層６ａ−１の表面に貫通するよう部分貫通二層積層構造とし、被アーク層とバックアップ層の接合力を強固にした。すなわち、バックアップ層の一部が、非ハロゲン難燃性樹脂からなる被アーク層に断面が櫛状に貫通成形したものである。
それぞれの実施例１０〜１４で用いたバックアップ層樹脂は、ＵＬ９４はＶ０で、ＨＷＩ、ＧＷＩともに規格をクリアーする市販の難燃樹脂で、実施例１０はガラス繊維２５％のブロム難燃ＰＡ６６（デュポン製：ザイテルＦＲ５０）を、実施例１１はタルク３０％充填ブロム難燃ＰＡ６６（デュポン製：ザイテルＦＲ７０Ｍ３０）を、実施例１２はガラス繊維２０％のブロム難燃ＰＡ４６（ＤＪＥＰ製：スタニールＴＳ２５０Ｆ４０）を、実施例１３はガラス繊維４５％のブロム難燃ＰＡ４６（ＤＪＥＰ製：スタニールＴＳ２５０Ｆ９０）を、実施例１４は実施例１０と同じガラス繊維２５％のブロム難燃ＰＡ６６（デュポン製：ザイテルＦＲ５０）を用いた。
表２に実施例１０〜１４の遮断性能の評価結果を示す。この結果、被アーク層は、短絡試験におけるアーク風による欠損も無く、かつ、バックアップ層樹脂の過負荷試験における炭化層の形成が少ないためか、短絡試験および過負荷試験のいずれの試験も規定の成功遮断回数を満足し良好な遮断性能が得られた。
ここで、実施例１４は被アーク層の一部表面にバックアップ層樹脂が露出しているため、この露出部樹脂の炭化による過負荷遮断性能の悪化が懸念されたが、露出部樹脂の炭化層が点在するのみで被アーク層樹脂部の沿面抵抗は保たれ、消弧部材の沿面を通して固定接触子への導通パスが形成されないためか、いずれの過負荷試験条件でも良好な結果が得られた。
ここでは、被アーク層とバックアップ層の接合に量産性の観点より二色成形法を用いたが、特にこの成形法にこだわるものではなく必要に応じ接着剤などで接合しても一向に構わない。

本発明の効果を以下に記す。
１）本発明に係わる第１の回路遮断器によれば、導体に固定接点が固着された固定接触子と、前記固定接点と接離する可動接点が固着された可動接触子と、この可動接触子を回動させる開閉機構部と、前記固定接点と可動接点とが接離する時に発生するアークを消弧する消弧装置と、これらを収納する筐体とを備えた回路遮断器において、前記消弧装置には、前記固定接触子の全面を覆うように消弧部材が設けられ、かつ前記消弧部材が、非ハロゲン難燃性樹脂を主成分とする消弧用絶縁材料成形体を含むことによって、電極接点の腐食や汚染による導通不良、あるいは機械強度低下や絶縁悪化を抑制することにより難燃性確保するとともに過負荷遮断や短絡遮断などの遮断性能を向上することができる。
２）本発明に係わる第２の回路遮断器によれば、消弧用絶縁材料成形体に、難燃剤としてトリアジン系有機化合物が含まれていることによって、難燃性確保をするとともに消弧ガスに接点など金属腐食性の強いリン化合物や接点不良の原因となる珪素や金属酸化物が含有されないため過負荷遮断性能をさらに向上することができ消弧装置の小型化ができる。
３）本発明に係わる第３の回路遮断器によれば、消弧用絶縁材料成形体のマトリックス樹脂が、ポリアミドであることによって、消弧用絶縁材料成形体表面の炭化による絶縁悪化が制御され過負荷遮断性能をさらに向上することができる。
４）本発明に係わる第４の回路遮断器によれば、消弧用絶縁材料成形体のマトリックス樹脂であるポリアミドが、非芳香族系ポリアミドであることによって、消弧用絶縁材料成形体表面の炭化による絶縁悪化が一層制御され過負荷遮断性能をさらに向上することができ消弧装置の小型化ができる。
５）本発明に係わる第５の回路遮断器によれば、非ハロゲン難燃性樹脂が、前記非ハロゲン難燃性樹脂に対して１０重量％以下の有機繊維、および前記非ハロゲン難燃性樹脂に対して１５重量％以下のセラミックウイスカーからなる群から選択された１種以上の充填材を含有していることにより、難燃性を損なうことなく消弧部材の耐衝撃性が向上し短絡遮断性能を向上することができる。
６）本発明に係わる第６の回路遮断器によれば、消弧部材が、アークに曝される被アーク層と、前記被アーク層を支持するバックアップ層との積層体からなり、前記被アーク層が、非ハロゲン難燃性樹脂を主成分とする消弧用絶縁材料成形体からなり、かつ前記バックアップ層が、ガラス繊維、無機鉱物およびセラミック繊維からなる群から選択された１種以上を含有する難燃性樹脂からなることにより、難燃性を確保するとともに、消弧部材の耐衝撃性が向上し短絡遮断性能をさらに向上することができる。
７）本発明に係わる第７の回路遮断器によれば、バックアップ層の一部が、被アーク層を複数箇所貫通していることにより、消弧部材の被アーク層とバックアップ層の接合が強固となり短絡遮断性能をさらに向上する。
【図面の簡単な説明】
図１は、回路遮断器のオン状態を示す断面図である。
図２は、回路遮断器のオフ状態を示す部分断面図である。
図３は、消弧部材の側面図（ａ）、および平面図（ｂ）である。
図４は、消弧部材の斜視図である。
図５は、消弧部材の二層構造の一例の斜視図（ａ）、およびその他の例の斜視図（ｂ）である。 Technical field
The present invention relates to a circuit breaker.
Background art
1 and 2 are cross-sectional views of the circuit breaker. FIG. 1 shows an ON state of the circuit breaker, and FIG. 2 shows an OFF state of the circuit breaker. FIGS. 3A and 3B are an enlarged view of the arc-extinguishing member of the arc-extinguishing device of the circuit breaker, and FIG. In the figure, reference numeral 1 denotes a movable contact made of a conductor such as copper, 2 denotes a movable contact fixed to one end of the movable contact 1, 3 denotes a fixed contact that comes into contact with and separates from the

movable contact

2, and 4 denotes a fixed contact 3 that is fixed. The fixed contacts 5 made of a body made of copper or the like are terminals on the power supply side provided at the other end of the fixed contact 4, and wiring is connected from an external power supply. Reference numeral 6 denotes a plurality of arc extinguishing devices (grids) made of a magnetic metal that is stacked and arranged with a gap therebetween to cool and extinguish an arc generated between the movable contact 2 and the fixed contact 3. 6a, an arc-extinguishing side plate 6b for holding the grid 6a on both sides, and the arc-extinguishing member 6c shown in FIG. 3, and the arc-extinguishing member 6c and the arc-extinguishing side plate 6b are made of an insulating material. The arc-extinguishing member 6c is provided between the movable contact 2 and the fixed contact 3, and is provided so as to cover the entire surface of the fixed contact 4 exposed to the arc with the fixed contact 3 exposed. Reference numeral 7 denotes an opening / closing mechanism for rotating the movable contact 1 to open and close, 8 denotes a handle for manually operating the opening / closing mechanism 7, 9 denotes a trip device, and 10 denotes a load-side terminal. Reference numeral 11 denotes a cover, and reference numeral 12 denotes a base, which stores and fixes the components, and forms a part of the housing 16. Reference numeral 13 denotes an end plate that separates the terminal portion 5 from the inside of the housing 16, has an exhaust port 13 a for discharging hot gas by arc, and is inserted and mounted in a guide groove 12 a provided in the base 12. Reference numeral 14 denotes an arc runner that causes the arc to travel toward the terminal portion 5.
Next, the operation of the circuit breaker will be described.
In FIG. 1, when the handle 8 is operated, the opening / closing mechanism 7 operates to rotate the movable contact 1, and the movable contact 2 and the fixed contact 3 are separated from each other. The power is supplied from the power supply to the load by connecting the terminal 5 to the power supply, connecting the terminal 10 to the load, and bringing the contacts into contact. In this state, the movable contact 2 is pressed against the fixed contact 3 with a specified contact pressure in order to ensure the reliability of energization. Here, if an overcurrent flows to the load side, the overcurrent is detected by the trip device 9 and the switching mechanism 7 operates to generate an arc 15 between the two

contacts

2 and 3 as shown in FIG. .
On the other hand, when a large overcurrent flows through the circuit due to a short circuit accident or the like, the electromagnetic repulsion force at the contact surface between the two

contacts

2 and 3 becomes strong, and the movable contact 2 is overcome by overcoming the contact pressure applied thereto. The child 1 rotates without waiting for the operation of the tripping device 9 and the opening / closing mechanism 7, and the

contacts

2 and 3 are separated. The arc voltage increases as the separation distance from the fixed contact 3 to the movable contact 2 increases, and at the same time further increases because the arc 15 is attracted and extended by the magnetic force in the direction of the arc extinction device 6. In this way, the arc current reaches the current zero point, extinguishes the arc 15, and the interruption is completed.
That is, the arc-extinguishing plate 6a of the arc-extinguishing device 6 acts to absorb the heat of the arc 15, cool it, and bend the arc 15 to increase the distance between the movable contact 2 and the fixed contact 3. The arc-extinguishing member 6c prevents the starting point (arc touch) of the arc from the movable contact 2 to the fixed contact 4 and generates a pyrolysis gas by being exposed to the high-temperature arc 15. It acts as an arc-extinguishing gas for cooling and blowing out the arc 15.
In recent years, the circuit breakers themselves tend to be downsized as the size of the switchboards decreases, and the level of flame retardancy required for plastic materials used in the circuit breakers tends to increase.
Specifically, with the globalization of product sales, products that conform to the IEC60947 standard in Europe and the UL746 standard in the United States are demanded. In both standards, the IEC 60947 standard specifies glow-wire ignition (GWI) of 960 ° C or higher with regard to the flame retardancy of materials that hold energized parts such as arc-extinguishing members that require relatively low UL-HB flame retardancy in Japan. Hot wire ignition (HWI) defines HWI index of 4 or more with UL94-V0 or HWI index of 2 or more with UL94-V2, while UL746 standard requires UL94 with V0 or more and the highest level of flame retardancy in each standard. Have been.
As a countermeasure, application of a flame-retardant resin to an arc-extinguishing member can be considered, and a representative example thereof is a halogen-retardant resin filled with a halogen compound such as bromine, which exhibits an effect with a small filling amount.
However, since the halogen flame-retardant resin contains an active component of the metal in the pyrolysis gas generated by exposure to the arc, the metal corrosion is remarkable and causes the electrode contact failure, so that the current cannot be repeatedly supplied after the interruption. In particular, in the case of a halogen compound, the arc extinguishing property is inferior due to the presence of halogen ions in the decomposed gas converted into plasma due to the high temperature of the arc (7000 to 20000 ° C.). In order to ensure the above, it is necessary to increase the distance between the electrodes, and there is a problem that it is difficult to reduce the size of the circuit breaker.
Non-halogen flame-retardant resins have been actively developed in recent years, and flame-retardant resins filled with inorganic flame retardants such as phosphorus compound, silicon resin or aluminum hydroxide, and resins themselves such as polyphenylene sulfide are difficult to use. Aromatic resins having flammability are known.
Phosphorus compound-based flame retardants are generally difficult to use, and particularly in systems using red phosphorus, metal corrosion is more severe than in halogen-based systems.
In addition, as for flame retardant resin filled with silicon resin flame retardant or inorganic flame retardant, insulating ceramics such as metal oxide and silicon oxide generated in the plasma field of pyrolysis gas are deposited and deposited on electrode contacts. This induces a contact failure that contaminates the electrode surface and makes it impossible to energize after repeated interruptions. In addition, inorganic flame retardants must be highly filled in order to exhibit flame retardancy, but general-purpose inorganic flame retardants (aluminum hydroxide and magnesium hydroxide) are required for kneading into heat-resistant, high-melting thermoplastic resins. Even if the thermal decomposition temperature is too low, high filling is difficult and flame retardancy cannot be satisfied, or even if high filling to low melting point thermoplastic resin is achieved and flame retardancy is satisfied, The mechanical strength decreases.
On the other hand, aromatic resins, such as polyphenylene sulfide, which exhibit flame retardancy by themselves, have a high carbon content in the polymer molecules, and thus tend to deteriorate the blocking performance. There is a problem that the distance of the contact needs to be increased, which hinders downsizing of the circuit breaker.
The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and has a flame-retardant property by suppressing a failure in conduction due to corrosion or contamination of an electrode contact due to flame retardation, or a decrease in mechanical strength or insulation deterioration. An object of the present invention is to provide a circuit breaker having excellent breaking performance and capable of being downsized.
Disclosure of the invention
The present invention provides a fixed contact in which a fixed contact is fixed to a conductor, a movable contact in which a movable contact that comes into contact with and separates from the fixed contact is fixed, an opening and closing mechanism for rotating the movable contact, In a circuit breaker including an arc extinguishing device that extinguishes an arc generated when a contact and a movable contact come and go, and a housing that houses the arc extinguishing device, the arc extinguishing device includes an entire surface of the fixed contact. Wherein the arc extinguishing member is provided so as to cover the arc-extinguishing member, and the arc extinguishing member includes an arc-extinguishing insulating material molded body containing a non-halogen flame-retardant resin as a main component. It is.
The present invention also provides the circuit breaker, wherein the arc-extinguishing insulating material molded article contains a triazine-based organic compound as a flame retardant.
The present invention also provides the circuit breaker described above, wherein the matrix resin of the arc-extinguishing insulating material molded body is polyamide.
The present invention provides the circuit breaker, wherein the polyamide as the matrix resin of the arc-extinguishing insulating material molded body is a non-aromatic polyamide.
The non-halogen flame-retardant resin is selected from the group consisting of 10% by weight or less of organic fibers based on the non-halogen flame-retardant resin and 15% by weight or less of ceramic whiskers based on the non-halogen flame-retardant resin. The circuit breaker according to the present invention is characterized by containing one or more fillers.
Further, in the present invention, the arc-extinguishing member is formed of a laminate of an arc-exposed layer exposed to an arc and a backup layer supporting the arc-exposed layer, wherein the arc-exposed layer is mainly made of a non-halogen flame-retardant resin. The arc-extinguishing insulating material molded article as a component, and the backup layer is made of a flame-retardant resin containing at least one selected from the group consisting of glass fibers, inorganic minerals, and ceramic fibers. To provide a circuit breaker as described above.
The present invention also provides the above-mentioned circuit breaker, wherein a part of the backup layer penetrates the arc-receiving layer at a plurality of locations.
Embodiment of the Invention
Hereinafter, the circuit breaker of the present invention will be further described.
In the circuit breaker of the present invention, the arc extinguishing member 6c closest to the arc of the arc extinguishing device 6 exposed to the arc generated between the

contacts

2 and 3 in the configuration of the main parts of FIGS. Is characterized in that an arc-extinguishing insulating material molded body mainly composed of a non-halogen flame-retardant resin is used for the part.
The arc-extinguishing insulating material molded body preferably contains a triazine-based organic compound as a flame retardant.
Examples of such triazine-based organic compounds include compounds described in, for example, JP-A-53-31759, in which pyrolysis gas generated by exposure to an arc does not contain metal corrosion or metal oxide. Melamine derivatives such as melamine, ammelide, ammeline, formoguanamine, guanylmelamine, cyanomelamine, allyamine, melam, melem, and melon; melamines including melamine compounds or melamine condensates; trimethylcyanurate; , Cyanuric acid compounds such as triethyl cyanurate, tri (n-propyl) cyanurate, methyl cyanurate, diethyl cyanurate, trimethyl isocyanurate, triethyl isocyanurate, tri (n-propyl) isocyanurate, methyl isocyanate Rate, isocyanuric acid compounds such as diethyl isophthalate Sina cyanurate.
It is preferable that these triazine-based organic compounds are contained in an amount of 5 to 20% by weight, preferably 10 to 15% by weight, based on a matrix resin described below.
The matrix resin of the arc-extinguishing insulating material molded body includes, for example, polyolefins, polyolefin copolymers, polyacetals, polyacetal copolymers, polyamides, polyamide copolymers and the like described in JP-A-7-302535. It is preferable that the pyrolysis gas generated by exposure to the arc has a low content of a composition that deteriorates conduction failure and arc extinction such as metal corrosion, electrode contact contamination or free carbon, and more preferably has mechanical properties and Polyamides such as Nylon 12, Nylon 11, Nylon 610, Nylon 6, Nylon 66, Nylon 46, Nylon 6T, Nylon 9T and the like having excellent compatibility with the triazine-based organic compound are preferable, and Nylon 6, which has a low carbon content, is also preferable. Non-aromatic polyamides such as nylon 66 and nylon 46 exposed to arc That the formation of the surface carbide layer is less preferred arc extinguishing insulative material molded body.
Further, the non-halogen flame-retardant resin is selected from the group consisting of an organic fiber of 10% by weight or less with respect to the non-halogen flame-retardant resin and a ceramic whisker of 15% by weight or less with respect to the non-halogen flame-retardant resin. It preferably contains one or more selected fillers.
The organic fibers used in the present invention include, for example, ultra-high molecular weight polyethylene fibers, nylon fibers, polyarylate fibers, aramid fibers, polyparaphenylene benzobisoxazole fibers, and phenol fibers which burn off when burned, and are preferably matrix resins. Taking into account the kneadability, the melting point above the molding temperature, the decomposition temperature, and the mechanical properties, aramid fibers, polyparaphenylenebenzobisoxazole fibers and the like are preferred.
Examples of the ceramic whiskers used in the present invention include metal oxides and hydroxides such as alumina, zinc oxide, magnesium hydroxide, silicon nitride, silicon carbide, potassium titanate, and aluminum borate, nitrides, carbides, and boric acid. Whiskers of needle-shaped crystals having a diameter of several μm or less such as compounds are preferable, but preferably do not impair the insulation resistance of the molded product, are hardly ionized by an arc, and, from the viewpoint of availability, magnesium hydroxide whiskers and aluminum borate. Is good.
In general, a flame-retardant resin containing a triazine-based organic compound has a char-forming layer that exhibits a flame-retardant effect when a triazine organic compound is burned by the addition of a filler such as an inorganic compound or glass fiber. It is known that the residue is destroyed, that is, the flame retardancy is deteriorated due to the candle effect of the combustion residue remaining on the surface of the molded body. An organic fiber or a ceramic whisker, which requires less inspection, was used.
The arc-extinguishing insulating material molded body used in the present invention is obtained by simultaneously introducing a flame retardant-containing resin pellet or a flame-retardant powder and a neat resin pellet into a hopper of an extruder, and then adding an organic fiber or a ceramic whisker to a resin melting zone. A predetermined amount of the resin is added from a side feeder of an extruder, a pellet-shaped non-halogen flame-retardant resin is produced, and this can be obtained by molding by a known injection molding method.
In the present invention, the arc-extinguishing member may be formed of a laminate of an arc-exposed layer exposed to an arc and a backup layer supporting the arc-exposed layer.
For example, when the arc-extinguishing insulating material molded body 6a as shown in FIG. 4 is used for the arc-extinguishing member, for example, as shown in FIG. 5a, the arc-receiving layer 6a-1 mainly contains a non-halogen flame-retardant resin. The backup layer 6a-2 can be made of a flame-retardant resin containing at least one selected from the group consisting of glass fibers, inorganic minerals, and ceramic fibers. In addition, as shown in FIG. 5B, a part of the backup layer resin 6a-2 penetrates the arc-receiving layer 6a-1 at a plurality of locations, for example, in a comb shape, and the arc-receiving layer 6a-1 and the backup layer 6a In a preferred embodiment, the bonding strength with -2 is strengthened.
The filler for reinforcing the flame-retardant resin contained in the backup layer 6a-2 is a general-purpose glass fiber, an inorganic mineral and / or a ceramic fiber, and is not particularly limited as long as the insulation resistance of the molded product is not impaired. The amount of the filler is preferably 5 to 50% by weight, and more preferably 15 to 30% by weight, based on the matrix resin described below. If necessary, an appropriate amount of a halogen-based flame retardant can be used. Further, since the backup layer 6a-2 is disposed away from the back side of the arc-receiving layer 6a-1 or away from the high-energy arc core with respect to the arc, the backup layer 6a-2 is exposed only to the relatively weak arc wind that wraps around the arc. Thermal decomposition and formation of a carbonized layer are relatively small. Therefore, the flame retardant is not particularly limited as long as it exhibits flame retardancy of V0 or more at 960 ° C. and UL94 at glow wire as long as the mechanical strength of the backup layer is not impaired.
Next, as the matrix resin used for the backup layer 6a-2, a polyolefin, polyacetal, polyamide, aromatic polyamide, aromatic polyester, aromatic polyether, aromatic polysulfone, or the like, or a thermoplastic resin of a copolymer thereof, or , Epoxy resins, unsaturated polyester resins, phenolic resins, melamine resins, urea resins, thermosetting resins such as allyl resins, preferably thermoplastic resins from the viewpoint of moldability, more preferably heat resistance, Aromatic polyamide having excellent impact resistance and good compatibility with the resin of the arc-receiving layer 6a-1 is desirable.
In the embodiment as shown in FIG. 5, the production of the arc-extinguishing insulating material formed of the arc-receiving layer 6a-1 and the backup layer 6a-2 may be integrally performed by two-color molding by known injection molding. it can. The present invention is not limited to this manufacturing method, and after forming each of the arc-receiving layer 6a-1 and the backup layer 6a-2, they may be bonded together with an adhesive or the like.
Example
Hereinafter, the present invention will be described specifically with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto. In the following examples, "%" means "% by weight" unless otherwise specified.
Example 1
The non-halogen flame-retardant resin of Example 1 is obtained by filling matrix resin nylon 66 with 10% of cyanomelamine as a flame retardant with respect to the matrix resin. Specifically, a predetermined amount of TSM-662 resin pellets manufactured by Toyobo and melapur MC manufactured by DSM were dry-blended in advance and kneaded with a twin-screw extruder. The flame retardancy was evaluated by cutting out a 1.6 mm-thick flat plate formed by injection molding into the shape of each test piece. The breaking performance was evaluated by preparing an arc-extinguishing insulating material molded body having a thickness of 1.6 mm in the shape of FIG.
The flame retardancy test is based on UL94, UL746: HWI (Hot-wire ignitability test), IEC707: GWI (glow-wire test), and is a dedicated test machine and UL94 flammability tester (manufactured by Suga Test Instruments Co., Ltd.). ), HWI ignitability tester (manufactured by Suga Test Instruments Co., Ltd.) and GWI flammability tester (manufactured by Suga Test Machine Co., Ltd.).
For the breaking performance test, a circuit breaker simulating an actual machine was prototyped, and the following overload test and short-circuit test were performed.
Overload test: A current that is six times the rated current (for example, 600 A in the case of a 100 A circuit breaker) is supplied to the circuit breaker including the arc extinguishing device having the above configuration in the ON state, and the movable contact 2 and the fixed contact 3 are connected. This test is a test that passes when the contact is separated at a contact separation distance L (distance between the movable contact 2 and the fixed contact 3) of 25 mm and the arc current is successfully interrupted a specified number of times (12 times).
Short-circuit test: In the ON state, an excess current of 50 KA is applied at a voltage of 230 to 690 V to open the movable contact, an arc current is generated, and the arc current is cut off a specified number of times (three times) and the break ( Specifically, it is a test that passes if there is no loss of the housing).
As test conditions, a circuit breaker of a 100 to 250 AF class is assumed. Overload test 1 is three-phase 720V / 1050A, overload test 2 is three-phase 720V / 1050A, and overload test 3 is three-phase 720V / 1500A. evaluated. The short-circuit test 1 was evaluated at 500 V / 30 KA for three phases, the short-circuit test 2 was evaluated at 500 V / 50 KA, and the short-circuit test 3 was evaluated at 440 V / 65 KA.
The results of the evaluation of the resin composition, flame retardancy and barrier performance are shown in Table 1 and the results. The overload test showed the number of successful breaks and the short circuit test showed the number of successful breaks and the presence or absence of breakage.
As a result, the flame retardancy was V0 for UL94, the HWI index was 4, and the GWI was 960 ° C., all of which passed. In the breaking performance, the overload tests 1, 2, and 3 cleared the specified number of breaks of 12 times, and the short-circuit tests 1 and 2 cleared the specified number of breaks of three times. Twice, and cracks occurred in part of the housing. In the short-circuit test 3, the arc energy was large, and a part of the arc-extinguishing member missing due to the arc wind pressure was caught in the arc field, thereby increasing the amount of generated pyrolysis gas and destroying the housing. It is probable that the arc-extinguishing member was broken by the second short-circuit interruption and could not be interrupted because it was not possible to generate a pyrolysis gas enough to blow out the arc current. In order to apply to a high-rated circuit breaker with severe conditions, that is, to clear the short-circuit test 3, the normal line of the fixed contact and the movable contact as the core of the arc, and the surface to be arced of the arc-extinguishing member It is considered necessary to increase the gap distance (increase the size of the arc extinguishing device) or to reinforce the arc extinguishing member so that the arc extinguishing member does not break due to the arc wind pressure.
Examples 2 to 5
In Examples 2 to 5, the type of the matrix resin was changed from nylon, and a neat resin containing no reinforcing material or flame retardant was used. Resin pellets, test pieces and the like were prepared in the same manner as in Example 1 except for the type of the matrix resin, and the flame retardancy and the blocking performance were evaluated. Table 1 shows the test results.
The matrix resin used in Example 2 was nylon 6 (Toyobo: T-803), Example 3 was nylon 46 (DJEP: Stanyl TS-300), and Example 4 was nylon 6T (Toyobo: TY-502NZ). ) And Nylon 9T (manufactured by Kuraray) in Example 5.
As a result, in Examples 2 and 3, because all of the neat resin was not filled with a reinforcing material, a part of the slit member was broken by the arc wind as in Example 1. Is twice, but both other short-circuit tests and overload tests are good. Moreover, in Examples 4 and 5, the number of successful cutoffs of the overload test 3 was slightly less than 11, probably because of the carbonization of the surface of the slit member by repeated cutoff because the components in the resin contained aromatics. Both other overload tests and short-circuit tests are good.
Examples 6 to 9
In Examples 6 and 7, aramid fibers of chop strands (Tecjin: Technora) were filled as matrix materials at 5% and 10% respectively to the matrix resin, and Examples 8 and 9 were aluminum borate whiskers (Shikoku Chemicals). (Arbolex), respectively, at 10% and 15%, respectively. These resin pellets were produced in exactly the same manner as in Example 1 except that the non-halogen flame-retardant resin of Example 1 was used as a matrix resin, and a predetermined amount of a reinforcing material was added and kneaded from a side feeder of a twin-screw extruder. The condition was evaluated. Table 1 shows the test results.
As a result, all Examples passed the flame retardancy test and the breaking performance test. This is because 10% or less of aramid fiber or 15% or less of aluminum borate whisker added as a reinforcing material did not affect the deterioration of flame retardancy and the impact resistance of the arc-extinguishing member was improved. Conceivable.
Comparative Examples 1-2
Comparative Examples 1 and 2 used a halogen-based brominated polystyrene (Br-PS) as a flame retardant. Comparative Example 1 used a matrix resin nylon 66 (manufactured by Toyobo: T-662) and a brominated polystyrene. (Tosoh / frame cut 210R) and antimony trioxide (Sb₂O₃Comparative Example 2 was obtained by filling Comparative Example 1 with 30% glass fiber.
The flame retardant effect of these halogen-based brominated polystyrenes was good, and UL94 and GWI were also passed in Comparative Example 2 filled with glass fibers. In both Comparative Examples, the HWI was 2 compared to the index of cyanomelamine of 4 to 3. Very good. However, the breaking performance was so poor that none of the overload test and the short-circuit test in Comparative Example 1 could be cleared even under the above test conditions, and in Comparative Example 2, the short-circuit breaking performance was short-circuit test 3, and the overload breaking performance was all. Under the test conditions, conduction is not possible when the number of successful interrupts is less than half the number of times. This is because in the overload test, the gas generated by exposure to the arc contains bromine, which corrodes the contact metal and causes conduction failure.In the short-circuit test, bromine ions are present in the arc-extinguishing gas, and the arc extinction time is reduced. It is presumed that the breaking performance has been degraded due to a phenomenon such as exhaustion of the grid of the arc extinguishing device.

Examples 10 to 14
Examples 10 to 14 are examples in which the arc extinguishing member of the embodiment of FIG. 5 was tested. In Examples 10 to 13, as shown in FIG. 5A, as the arc-receiving layer 6a-1, the nylon 66 added with cyanomelamine of Example 1 was used, and for the backup layer 6a-2, an inorganic compound or glass fiber as shown in Table 2 was used. Is a molded article having a simple two-layer structure obtained by laminating and molding a halogen flame-retardant resin reinforced with. Here, an arc-extinguishing member was produced by a two-color molding method in which an arc-receiving layer having a thickness of 0.8 mm was first injection-molded, and then the backup layer was injection-molded so that the overall thickness became 1.6 mm. In Example 14, as shown in FIG. 5B, a partially penetrated two-layer laminated structure is formed so that a part of the backup layer resin 6a-2 penetrates the surface of the arc-receiving layer 6a-1. Strengthened the power. That is, a part of the backup layer is formed by penetrating the arc-shaped layer made of a non-halogen flame-retardant resin in a comb-like cross section.
The backup layer resin used in each of Examples 10 to 14 is UL94 V0, a commercially available flame-retardant resin that clears both HWI and GWI standards, and Example 10 is a brominated flame-retardant PA66 (DuPont, 25% glass fiber). Example 11: Brom Flame Retardant PA66 filled with 30% talc (manufactured by DuPont: Zytel FR70M30), Example 12 used Brom Flame Retardant PA46 (manufactured by DJEP: Stanyl TS250F40) containing 20% glass fiber, Example 13 used Brom Flame-Retardant PA46 with 45% glass fiber (manufactured by DJEP: Stanyl TS250F90), and Example 14 used the same bromide-resistant PA66 with 25% glass fiber as in Example 10 (DuPont: Zytel FR50). .
Table 2 shows the evaluation results of the blocking performance of Examples 10 to 14. As a result, the arc-receiving layer was not damaged by the arc wind in the short-circuit test, and the formation of the carbonized layer in the overload test of the backup layer resin was small. Satisfaction of the number of successful interruptions and good interruption performance were obtained.
Here, in Example 14, since the backup layer resin was exposed on a part of the surface of the arc-receiving layer, there was a concern that the overload breaking performance might be deteriorated due to the carbonization of the exposed portion resin. The surface resistance of the resin part of the arc-receiving layer is maintained only by being scattered, and good results can be obtained under any overload test conditions, because the conduction path to the fixed contact through the surface of the arc-extinguishing member is not formed. Was.
Here, the two-color molding method is used for joining the arc-receiving layer and the backup layer from the viewpoint of mass productivity. However, the present invention is not particularly limited to this molding method, and may be joined with an adhesive if necessary.

The effects of the present invention are described below.
1) According to the first circuit breaker of the present invention, a fixed contact having a fixed contact fixed to a conductor, a movable contact having a movable contact fixed to and separated from the fixed contact, and the movable contact A circuit breaker comprising: an opening / closing mechanism for rotating a child; an arc extinguishing device for extinguishing an arc generated when the fixed contact and the movable contact come and go; and a housing for accommodating the arc. The arc-extinguishing device is provided with an arc-extinguishing member so as to cover the entire surface of the fixed contact, and the arc-extinguishing member includes an arc-extinguishing insulating material molded body mainly containing a non-halogen flame-retardant resin. Thereby, it is possible to secure the flame retardancy by suppressing the conduction failure due to the corrosion or contamination of the electrode contacts, or the deterioration of the mechanical strength or the deterioration of the insulation, and to improve the breaking performance such as the overload breaking and the short-circuit breaking.
2) According to the second circuit breaker of the present invention, since the arc-extinguishing insulating material molded article contains a triazine-based organic compound as a flame retardant, the flame-retardant gas can be ensured and the arc-extinguishing gas can be ensured. Since it does not contain a phosphorus compound having a high metal corrosive property such as a contact or silicon or a metal oxide causing a contact failure, overload breaking performance can be further improved and the arc extinguishing device can be downsized.
3) According to the third circuit breaker of the present invention, since the matrix resin of the arc-extinguishing insulating material molded product is polyamide, deterioration of insulation due to carbonization of the surface of the arc-extinguishing insulating material molded product is controlled. The overload interruption performance can be further improved.
4) According to the fourth circuit breaker of the present invention, since the polyamide which is the matrix resin of the arc-extinguishing insulating material molded body is a non-aromatic polyamide, the surface of the arc-extinguishing insulating material molded body has a non-aromatic polyamide. Deterioration of insulation due to carbonization is further controlled, so that overload breaking performance can be further improved, and the arc extinguishing device can be downsized.
5) According to the fifth circuit breaker of the present invention, the non-halogen flame-retardant resin contains 10% by weight or less of the organic fiber based on the non-halogen flame-retardant resin, and the non-halogen flame-retardant resin. 15% by weight or less of one or more fillers selected from the group consisting of ceramic whiskers, thereby improving the impact resistance of the arc-extinguishing member without impairing the flame retardancy and short-circuit breaking. Performance can be improved.
6) According to the sixth circuit breaker of the present invention, the arc-extinguishing member comprises a laminate of an arc-exposed layer exposed to an arc and a backup layer supporting the arc-exposed layer, The layer is made of an arc-extinguishing insulating material formed mainly of a non-halogen flame-retardant resin, and the backup layer contains at least one selected from the group consisting of glass fibers, inorganic minerals, and ceramic fibers. By using a flame-retardant resin, the flame-retardant properties can be ensured, the impact resistance of the arc-extinguishing member can be improved, and the short-circuit breaking performance can be further improved.
7) According to the seventh circuit breaker of the present invention, since a part of the backup layer penetrates the arc-receiving layer at a plurality of locations, the joining between the arc-receiving layer and the backup layer of the arc-extinguishing member is strong. The short circuit breaking performance is further improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view showing an ON state of the circuit breaker.
FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing an off state of the circuit breaker.
FIG. 3 is a side view (a) and a plan view (b) of the arc extinguishing member.
FIG. 4 is a perspective view of the arc extinguishing member.
FIG. 5 is a perspective view (a) of an example of a two-layer structure of the arc extinguishing member, and (b) of another example.

Claims

A fixed contact in which a fixed contact is fixed to a conductor; a movable contact in which a movable contact that comes into contact with and separates from the fixed contact is fixed; an opening and closing mechanism for rotating the movable contact; the fixed contact and the movable contact In a circuit breaker having an arc extinguishing device that extinguishes an arc generated when the object comes and goes, and a housing that houses the arc extinguishing device, the arc extinguishing device covers the entire surface of the fixed contact. An arc extinguishing member is provided, and the arc extinguishing member includes an arc extinguishing insulating material formed mainly of a non-halogen flame-retardant resin.

2. The circuit breaker according to claim 1, wherein the arc-extinguishing insulating material molded body contains a triazine-based organic compound as a flame retardant.

The circuit breaker according to claim 1, wherein the matrix resin of the arc-extinguishing insulating material molded body is polyamide.

4. The circuit breaker according to claim 3, wherein the polyamide as the matrix resin of the arc-extinguishing insulating material molded body is a non-aromatic polyamide.

The non-halogen flame-retardant resin is selected from the group consisting of not more than 10% by weight of organic fibers with respect to the non-halogen flame-retardant resin and not more than 15% by weight of ceramic whiskers with respect to the non-halogen flame-retardant resin. 2. The circuit breaker according to claim 1, further comprising one or more fillers.

The arc-extinguishing member comprises a laminate of an arc-exposed layer exposed to an arc, and a backup layer supporting the arc-exposed layer, wherein the arc-exposed layer is mainly composed of a non-halogen flame-retardant resin. The backing layer comprises a flame-retardant resin containing at least one selected from the group consisting of glass fibers, inorganic minerals, and ceramic fibers. 2. The circuit breaker according to claim 1.

7. The circuit breaker according to claim 6, wherein a part of the backup layer penetrates the arced layer at a plurality of locations.